[发明专利]设计为限制由其产生的热损耗的微型燃气轮机

说明书

当环境空气温度较低时，微型燃气轮机(1)的热输出和热效率降低。为了补偿热效率的损失，微型燃气轮机(1)配备有阀机构(13)，借助该阀机构，特别是通过调节从微型燃气轮机(1)的机壳(14)和/或排气口(8)流向压缩机(2)的入口侧的热气体的供应，可以影响和优化微型燃气轮机(1)的运行。

技术领域

本发明涉及一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括被设计成吸入并加压气体的压缩机、被设计成吸入来自压缩机的加压后的气体并基于燃料燃烧而产生热气体的燃烧室(combustor，燃烧器)、被设计成吸入并膨胀由燃烧室产生的热气体的涡轮机(turbine，蜗轮)、机械联接到涡轮机并被设计成基于机械动力(mechanical power，机械能)产生电力(electric power，电能)的发电机、以及被设计成控制微型燃气轮机的运行的控制器。

背景技术

本发明属于燃气轮机领域，特别是微型燃气轮机领域。微型燃气轮机的一个可能应用是热电联产(CHP)，这并不改变其它应用也是可行的这一事实。举一个示例，微型燃气轮机和/或基于微型燃气轮机的CHP系统可以用来代替大型住宅、办公室、工厂、学校、商店等中的常规锅炉，举另一个例子，或者可以用于混合动力汽车，以扩大这种车辆的范围。一般来说，微型燃气轮机以可靠性高、维护要求低、噪音水平低以及电效率高、重量轻、排放低而闻名。

微型燃气轮机通常包括压缩机、燃烧室和涡轮机。在微型燃气轮机运行期间，环境空气被吸入并由压缩机加压。压缩空气(compressed air)被提供给基于燃料燃烧而产生热气体的燃烧室。在微型燃气轮机中，通常有一种特殊类型的热交换器，称为同流换热器(recuperator)，在这种情况下，该同流换热器的作用是在将空气提供给燃烧室之前对其进行预热。热的加压后的气体从燃烧室中被提供给涡轮机，在该涡轮机中使加压后的气体膨胀，从而为压缩机和机械联接到涡轮机的发电机提供机械动力。

发电机的机械动力用于产生电力，作为来自微型燃气轮机的第一种输出。为了将电力输送到电力网络(electric power grid)，微型燃气轮机配备了合适的电网变换器(grid converter)。

如上所述，可以使膨胀后的气体(即来自涡轮机的废气)流过同流换热器，在这种情况下，在将空气提供给燃烧器之前，来自废气的热量用于预热由压缩机压缩的空气。此外，微型燃气轮机可以包括气-液热交换器，在这种情况下，例如可以使用气-液热交换器来加热水，使得从微型燃气轮机获得热水作为第二类型的输出。作为替代方案，如果在建筑中使用强制空气加热，就像北美经常发生的情况一样，来自空气加热系统的环境空气可以通过使用空气处理器进行加热。

鉴于微型燃气轮机作为微型CHP系统的实际应用，微型燃气轮机的总效率(即电效率和热效率的结合)，是微型燃气轮机的一个重要特性，在任何情况下都应尽可能地保持较高的效率。在微型燃气轮机的设计过程中，考虑一定的电力运行输出值。在实际情况中，例如可以通过考虑电网逆变器(grid inverter)处的最大允许电流值或者考虑微型燃气轮机的一个或多个部件的另一种运行限制来选择这样的运行输出值。在任何情况下，微型燃气轮机的设计都是考虑到运行输出值来进行优化的。这意味着，为了在微型燃气轮机的实际运行期间实现最高的整体效率，优选地确保微型燃气轮机处于实际实现电力的运行输出值的模式。

如果压缩机吸入相对较冷的环境空气，微型燃气轮机的电力和/或电效率会增加，而微型燃气轮机的热功率和/或热效率会降低。根据压缩冷空气比压缩温度较高的空气需要更少的能量这一普遍事实，可以理解第一种效应。此外，在压缩机、涡轮机和发电机的组件(以下将称为旋转组件)的较低旋转速度下实现电力的运行输出值，由此减少了微型燃气轮机中使用的空气体积并且需要较少的加热能量。基于微型燃气轮机的入口气体与出口气体的温度之间的差值较大，从而增加了通过微型燃气轮机的废气损失的热能的事实，可以理解第二种效应。

发明内容